[发明专利]天然气固井用的水泥纳米增韧剂

说明书

本发明公开了一种石油天然气固井用的水泥纳米增韧剂包括以重量份计的100份清水、40～80份冷凝纳米硅粉、5～10份柔性颗粒、1.2～1.5份羟丙基淀粉、0.1～0.3份聚氯乙烯纤维；其中，所述柔性颗粒为苯乙烯类热塑性弹性体，其制备方法简单，仅通过将上述组分按照一定的重量比例称量后混拌均匀即可得到；该天然气固井用的水泥纳米增韧剂液与水泥浆配伍性良好，能够满足现场施工需求，同时在保证水泥石抗压强度的前提下降低水泥石的弹性模量，使环空水泥石抗冲击性能力强，保证环空水泥石能够承受大型压裂以及储气库井井筒交变应力变化带来的影响，延长油气井寿命。

技术领域

本发明涉及石油天然气固井技术领域，特别涉及一种天然气固井用的水泥纳米增韧剂。

背景技术

固井就是用某种手段把裸眼井段内下入的套管串与地层之间进行有效封固。近些年随着页岩气开发力度的不断加大，对固井水泥浆体系的要求越来越高，尤其是增加水泥石韧性，降低水泥石弹性模量，已经逐渐被列入页岩气固井的重要指标。

目前增加水泥石韧性，最常用的水泥浆外加剂有三类，胶乳、纤维和橡胶。在页岩气开发过程中，最常用的是胶乳水泥浆体系，其优点是有效防止气窜和防腐，但缺点是敏感性强、难以配伍、易絮凝成团。纤维则存在分散性差，密度差会导致纤维上浮、混拌不均匀，现场泵送困难。橡胶材料在混拌过程中也存在密度差的问题，容易浮在水泥浆上层，导致水泥浆性能不稳定。

已公开专利CN201410504903.3采用改性蛭石作为增韧剂主剂，辅以改性沥青和分散剂，但是由于蛭石密度较低，无法配制常规密度乃至高密度水泥浆，且蛭石的加量超过25％后会严重影响抗压强度。已公开专利CN201410047943.X使用了改性沥青作为油井水泥增韧剂，但该种材料抗温性能比较差，无法满足高温超高温的固井需求。

发明内容

本发明的目的是提供一种在保证水泥石抗压强度的前提下降低水泥石的弹性模量的天然气固井用的水泥纳米增韧剂。

为此，本发明技术方案如下：

一种天然气固井用的水泥纳米增韧剂，包括以重量份计的100份清水、40～80 份冷凝纳米硅粉、5～10份柔性颗粒、1.2～1.5份羟丙基淀粉、0.1～0.3份聚氯乙烯纤维。其中，所述柔性颗粒为苯乙烯类热塑性弹性体。

优选，所述冷凝纳米硅粉的粒径为50～100nm。

优选，所述柔性颗粒材料粒径为50～250目。

优选，所述聚氯乙烯纤维为经过硅烷偶联剂进行表面处理后的长度为 3～30mm，直径为40～50μm，拉伸强度为270～800MPa的聚氯乙烯纤维。

在该天然气固井用的水泥纳米增韧剂的配方中，冷凝纳米硅粉为该增韧剂的稳定剂，减小体系的弹性模量，以实现提升体系的抗冲击性能；柔性颗粒为该增韧剂的悬浮剂，其密度为0.92～0.95g/cm³,具有柔性好、硬度小、弹性好，韧性很好、抗拉能力强、伸长率高、变形能力强、稳定性很好等特点；聚氯乙烯纤维的加入能使其他组分能够较好的分散于水溶液中；羟丙基淀粉为该增韧剂的流变性调节剂，使水泥纳米增韧剂具有一定的粘度。

该天然气固井用的水泥纳米增韧剂的制备方法简单，仅通过将上述组分按照一定的重量比例称量后混拌均匀即可得到。

与现有技术相比，该天然气固井用的水泥纳米增韧剂液与水泥浆配伍性良好，能够满足现场施工需求，同时在保证水泥石抗压强度的前提下降低水泥石的弹性模量，使环空水泥石抗冲击性能力强，保证环空水泥石能够承受大型压裂以及储气库井井筒交变应力变化带来的影响，延长油气井寿命。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明做进一步的说明，但下述实施例绝非对本发明有任何限制。